技术领域
[0001] 本
发明涉及吸收式循环领域,尤其是一种基于升温再热技术的吸收式循环系统。
背景技术
[0002] 随着世界经济的发展以及能耗的增加,
能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的热点问题,而低品位
热能来源广泛,
太阳能、海洋能、企业生产过程中产生的低品位废热、甚至是烟气排放的热量等,却难以被利用。
[0003] 通常对于低品位温差资源,使用吸收式循环可比
朗肯循环转化效率更高,但由于温差较小导致的压差较小制约着透平的工作条件,提升透平入口条件是极其重要的研究方向;此外,废热利用不彻底,热源利用后还有一定的 和热量,如何彻底利用
能量也是个重要的研究方向;工业废热设备升级改造提升效率也是极具前景的研究方向。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于解决
现有技术中存在的上述问题,提出了一种基于升温再热技术的吸收式循环系统,其可利用动
力循环废热/常规废热提升透平入口
温度,获得较高的
过热度,提升透平工作条件,彻底利用能量,便于改造,有利于提升现有的工业余热利用
水平。
[0005] 本发明的技术方案是:一种基于升温再热技术的吸收式循环系统,其中,包括升温子系统、动力子系统和增温器,升温子系统与增温器连接组成升温子循环系统,动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统;
[0006] 所述升温子系统包括发生器Ⅰ、分离器Ⅰ、
冷凝器、工质
泵Ⅰ、
蒸发器和工质泵Ⅱ,发生器Ⅰ的出液口与分离器Ⅰ的进液口连接,分离器Ⅰ的出气口与冷凝器的进气口连接,分离器Ⅰ的出液口与工质泵Ⅱ的进液口连接,冷凝器的出液口与工质泵Ⅰ的进液口连接,工质泵Ⅰ的出液口与
蒸发器的进液口连接,蒸发器的出气口与增温器的第一进气口连接,增温器的出液口与发生器的进液口连接,工质泵Ⅱ的出液口与增温器的进液口连接;
[0007] 所述动力子系统包括透平、吸收器、工质泵Ⅲ、发生器Ⅱ和分离器Ⅱ,发生器Ⅱ的出气口与分离器Ⅱ的进气口连接,分离器Ⅱ的出气口与增温器的第二进气口连接,分离器Ⅱ的出液口与
回热器Ⅱ的进气口连接,增温器的出气口与透平的进气口连接,透平的出料口与吸收器的进料口连接,分离器Ⅱ的出液口与吸收器的进液口连接,吸收器的出液口与工质泵Ⅲ的进液口连接,工质泵Ⅲ的出液口与发生器的进液口连接。
[0008] 本发明中,所述升温子系统还包括回热器Ⅰ和节流器Ⅰ,增温器与发生器的连接管路上设有依次设有回热器Ⅰ和节流器Ⅰ;工质泵Ⅱ与增温器的连接管路上设有回热器Ⅰ。
[0009] 所述动力子系统还包括节流器Ⅱ、回热器Ⅱ和
过热器,分离器Ⅱ的出气口与过热器连接,过热器的出气口与增温器的第二进气口连接,分离器Ⅱ与吸收器的连接管路上依次设有回热器Ⅱ、节流器Ⅱ,工质泵Ⅲ与发生器Ⅱ的连接管路上设有回热器Ⅱ。
[0010] 所述增温器为间壁式换热器。
[0011] 所述升温子循环系统中所使用的制冷剂工质包括但不限于
氨-水、水-溴化锂、R124A-DMA。
[0012] 所述动力子循环系统中所使用的工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC。
[0013] 本发明的有益效果:
[0014] (1)本发明可以利用低品位能实现热工转换,转化效率高;
[0015] (2)提升透平入口温度,增强透平的工作条件;
[0016] (3)可直接使用传统循环中无法利用的废热,减少了热污染;
[0017] (4)升压子系统相对独立,旧设备改造容易,降低成本。
[0018] (5)升压子循环系统和动力子循环系统之间不直接
接触,可根据需要独立选取工质和基本浓度。
附图说明
[0019] 图1是本发明的结构示意图。
[0020] 图中:1发生器Ⅰ;2分离器Ⅰ;3冷凝器;4工质泵Ⅰ;5蒸发器;6增温器;7透平;8吸收器;9工质泵Ⅲ;10节流器Ⅱ;11回热器Ⅱ;12过热器;13发生器Ⅱ、14分离器Ⅱ;15回热器Ⅰ;16工质泵Ⅱ;17节流器Ⅰ。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的说明。
[0022] 如图1所示,本发明所述的基于升温再热技术的吸收式循环系统包括升温子系统、动力子系统和增温器6,升温子系统与增温器6连接组成升温子循环系统,动力子系统与增温器连接组成动力子循环系统。即升温子系统、动力子系统均与增温器6连接,升温子系统和动力子系统在增温器6处进行热能交换。本发明中,增温器6采用间壁式换热器,增温器6内的冷热
流体不相接触,因此升温子循环系统和动力子循环系统在增温器6内只能进行热能交换,不进行
质量交换。
[0023] 升温子系统包括发生器Ⅰ1、分离器Ⅰ2、冷凝器3、工质泵Ⅰ4、蒸发器5、回热器Ⅰ15、工质泵Ⅱ16和节流器Ⅰ17,发生器Ⅰ1的出液口与分离器Ⅰ2的进液口连接,内部发生的高制冷剂浓度混合溶液流入分离器Ⅰ2,并在分离器Ⅰ2内实现气液分离。分离器Ⅰ2的出气口与冷凝器3的进气口连接,分离器Ⅰ2的出液口与工质泵Ⅱ16的进液口连接。分离器Ⅰ2分离得到的气态工质流向冷凝器3,分离得到的液态工质流向工质泵Ⅱ16。冷凝器3的出液口与工质泵Ⅰ4的进液口连接,在冷凝器3内冷源的冷却作用下,气态工质经
过冷凝过程变成液态工质,然后进入工质泵Ⅰ4内进行升压。工质泵Ⅰ4的出液口与蒸发器5的进液口连接,在蒸发器5内热源的加热作用下,高压液态工质吸收热量变成高温高压的气态工质。蒸发器5的出气口与增温器6的第一进气口连接,增温器6的出液口与发生器1的进液口连接,增温器6与发生器1的连接管路上设有依次设有回热器Ⅰ15和节流器Ⅰ17。
[0024] 工质泵Ⅱ16的出液口与增温器6的进液口连接,工质泵Ⅱ16与增温器6的连接管路上设有回热器Ⅰ15。分离器Ⅰ2分离出的低浓度液态工质经工质泵Ⅱ16升压后,流入增温器6内。在增温器6内,从工质泵Ⅱ16流入的低浓度液态工质吸收从蒸发器5流入的高温高压气态工质,吸收过程中释放
汽化潜热和结合热,在产生高温高压高浓度液态工质的同时,使升温器6的温度升高。高温高压高浓度液态工质在流经回热器Ⅰ15的过程中,与从工质泵Ⅱ16流出的低浓度液态工质换热,低浓度液态工质吸收了高温高压高浓度液态工质的部分热量后,温度提高,并流入增温器6,而被吸热后的高温高压高浓度液态工质的温度降低,经节流器Ⅰ17的节流降压后,直接流入发生器1内,实现了制冷剂工质的循环。升温子循环系统中所使用的制冷剂工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC等吸收式工质对。
[0025] 冷凝器3和吸收器8中的冷源可采用空气、地源冷源、湖水、深层
海水等常规和特殊冷源,冷凝器3还可以使用吸收器8流出的废热。
[0026] 升温子循环系统可以通过调整循环倍率的方法实现对增温器6内温度的控制。调整循环倍率方法是一种现有技术,因此此处不再赘述。
[0027] 动力子系统包括透平7、吸收器8、工质泵Ⅲ9、节流器Ⅱ10、回热器Ⅱ11、过热器12、发生器Ⅱ13和分离器Ⅱ14,发生器Ⅱ13的出气口与分离器Ⅱ14的进气口连接,高浓度液态介质进入分离器Ⅱ14内后,通过分离器Ⅱ14进行气液分离,分离器Ⅱ14的出气口与过热器12连接,分离后得到的高浓度气态介质流入过热器12,分离器Ⅱ14的出液口与回热器Ⅱ11的进气口连接,分离后得到的低浓度液态介质流入回热器Ⅱ11。过热器12的出气口与增温器6的第二进气口连接,增温器6的出气口与透平7的进气口连接,经过过热器12内的热源加热产生高温过热气态介质,流入增温器6内,高温过热器气态介质在增温器6内吸收升温子系统的热量后,再次升温加热。透平7的出料口与吸收器8的进料口连接,高温过热气态介质在透平7内经过膨胀做功后,变成乏汽流向吸收器8。
[0028] 分离器Ⅱ14的出液口与吸收器8的进液口连接,分离器Ⅱ14与吸收器8的连接管路上依次设有回热器Ⅱ11、节流器Ⅱ10,经分离器Ⅱ14分离出的高温高压低浓度液态介质经过回热器Ⅱ11和节流器Ⅱ10的降温、降压后,变为低温低压低浓度液态介质,并流入吸收器8内。在吸收器8内,透平7流出的乏汽被低温低压低浓度液态工质吸收,产生低温低压高浓度液态介质。吸收器8的出液口与工质泵Ⅲ9的进液口连接,工质泵Ⅲ9的出液口与发生器1的进液口连接,工质泵Ⅲ9与发生器Ⅱ13的连接管路上设有回热器Ⅱ11。低温低压高浓度液态介质经过工质泵Ⅲ9的升压变为低温高压高浓度液态介质,然后在回热器Ⅱ11与从分离器Ⅱ14流出的高温高压低浓度液态介质换热,低温高压高浓度液态介质吸收热量后变为高温高压高浓度液态介质,并流入发生器Ⅱ13内。上述动力子循环系统中所使用的工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC等吸收式工质对。
[0029] 过热器12、发生器Ⅱ13内使用的热源可以是工业废热、地热、城市热污水、表层海水、空气热能等低品位热能与其他热能形式。发生器Ⅰ1和蒸发器5内的人员除了可使用工业废热、地热、城市热污水、表层海水空气热能等低品位热能与其他热能形式之外,也可使用过热器12和发生器Ⅱ13流出的废热。
[0030] 升温子循环系统和动力子循环系统可同时使用相同工质对,也同时使用不同工质对,两循环系统所采用的工质基本浓度不同。
[0031] 本发明中的节流器Ⅰ17和节流器Ⅱ10可以采用膨胀管、毛细管、膨胀
阀等各种能实现节流作用的设备。分离器Ⅰ2和分离器Ⅱ14可以采用普通的气液分离器,也可以采用精馏装置等能够起到相同作用的部件。
[0032] 本发明还可以包括温度
传感器、
压力传感器、流量传感器等检测单元以及
单片机/PLC等控制单元。温度传感器、压力传感器、流量传感器用于检测各子循环系统的温度、压力、流体流量等参数,控制单元根据检测到的温度、压力和流量数值,及时调整循环系统中的温度、压力和流量。本发明中,还可以在系统工质流动
位置,比如泵前、冷凝器后加储液罐等缓冲单元,调节系统运行状态。
[0033] 本发明的工作过程如下所述:升温子循环系统工作时,发生器Ⅰ1压力相对增温器6和蒸发器5较低,因此发生器Ⅰ1内部发生的高浓度液态工质流入分离器Ⅰ2,分离器Ⅰ2内实现气液分离,高浓度气态工质流向冷凝器3,低浓度液态工质流向工质泵Ⅱ16;流向冷凝器3的气态工质经过冷凝过程变成液态工质,流向工质泵Ⅰ4,液态工质再经过工质泵Ⅰ4的升压输运,流向压力较高的蒸发器5;经过蒸发器5内的热源加热作用,液态工质
相变成气态高
焓值工质流向增温器6。
[0034] 分离器Ⅰ2分离出的低浓度液态工质流向工质泵Ⅱ16,经过工质泵Ⅱ16升压输运流向回热器Ⅰ15,并在回热器Ⅰ15与增温器6流出的高温高浓度液态工质换热升温,流向增温器6;增温器内6,回热器Ⅰ15流入的低浓度液态工质吸收由蒸发器5流入的气态工质,吸收过程中释放
汽化潜热和结合热,使增温器6温度升高。增温器6的热量被动力子循环带走一部分,其余热量跟随高温高浓度液态工质流向回热器Ⅰ15,在回热器Ⅰ15内加热来自工质泵Ⅱ16的低温低浓度液态工质。高温高压高浓度液态工质经过回热器Ⅰ15的降温和节流器Ⅰ17的降压后,等焓降温降压流向发生器Ⅰ1,实现循环。
[0035] 动力子循环系统工作时,发生器Ⅱ13相对吸收器8压力更高,高浓度液态工质流入分离器Ⅱ14,经过分离器Ⅱ14的气液分离,高温低浓度液态工质流向回热器Ⅱ11,高温高浓度气态工质流向过热器12,经过过热器的热源加热产生等压高温过热气体,流向增温器6,在增温器6内吸收升温子循环系统的热量之后,再次升温过热,流向透平7,在透平7内经过膨胀作用后的乏汽流向吸收器8。
[0036] 分离器Ⅱ14内分离的高温低
混合液态工质流向回热器Ⅱ11,在回热器Ⅱ11加热由工质泵Ⅲ9流向发生器Ⅱ13的高压低温高浓度液态工质,高温低浓度液态工质的温度降低为相对低温低浓度液态工质,经回热器Ⅱ11的降温和节流器Ⅱ10的降压后,流向吸收器8。低温低压低浓度液态工质与透平7流出的乏汽结合,经过吸收过程,产生低温低压高浓度液态工质,流向工质泵Ⅲ9,经过工质泵Ⅲ9升压输运,流向回热器Ⅱ11,被加热后流向发生器
13,实现循环。